Использование географических информационных систем в лесном хозяйстве и лесной промышленности

Глава 1. Растровая информация

1.1 Получение растровой информации

1.2 Создание растровой информации.

1.3 Создание растровой информации.

1.4 Геопривязка в ГИС Глава 2. Векторная информация.

Глава 3. GIS Arc View 3.2 общая характеристика.

лесной ресурс географический информационный программный Разумное использование, сохранение и восстановление лесов в современном урбанизированном мире становится все более сложной и, в то же время, не терпящей отлагательства, задачей. Планы, решения по сбережению и рациональному использованию лесных ресурсов и связанному с ними бизнесу часто противоречивы и принимаются в обстановке столкновения интересов и с высокой степенью неопределенности. Программное обеспечение ARC/INFO, мировой лидер в географических информационных системах (ГИС), дает возможность людям, занимающимся лесным хозяйством, легко интегрировать и использовать имеющиеся источники табличной и картографической информации для повышения качества принимаемых решений.

Большинство сложностей по управлению лесными ресурсами на базовом уровне в действительности являются информационной проблемой. Используя интегрированную ГИС ARC/INFO, Вы получите гарантию того, что потребности всех лиц, связанных с лесным хозяйством, будут удовлетворены за счет общего и разделяемого доступа к объективной информации. ARC/INFO дает лесникам мощное средство для того, чтобы показать применение принципов стабильного развития и интегрированного управления лесами. Лесоводство было одной из первых отраслей, применивших ГИС, но отнюдь не сразу управляющие действительно осознали ту интегрирующую роль, которую играют ГИС в создании планов, согласовании графиков, принятии важных решений по использованию ресурсов. Результатом явилось массовое применение технологии ГИС в целом, и программных продуктов ESRI, в особенности, в решении многих текущих и стратегических задач отрасли.

Сколько раз Вы хотели, чтобы у Вас была система, которая надежно следит за лесоводческими обязательствами и позволяет легко обновлять лесные кадастры? Сколько раз за последний год пересматривались и перерабатывались Ваши планы освоения? Можете ли Вы себе представить, что Вы задаете лесную делянку и быстро получаете сводку о объемах древесины, распределении видов, сопутствующих продуктах, возможных последствиях для природной среды и естественных местообитаний? Неправда ли было бы удобно иметь возможность распространять плановую информацию по всей организации регулярно и с минимальными усилиями?

С помощью интегрированной ГИС ARC/INFO перечисленное выше — уже не проблемы, которые надо преодолевать, а новые возможности управляющего лесным хозяйством, владеющего нужными средствами и данными. Например, ARC/INFO освободит больше времени профессионалам для анализа альтернативных сценариев и концентрации на решении наиболее сложных проблем, которые действительно требуют их профессионального мастерства.

ГИС ARC/INFO идеально подходит для управления лесным хозяйством Программное обеспечение ARC/INFO является мощным набором программных средств для создания и редактирования географических баз данных, для целей пространственного анализа, поиска, представления и управления данными. Эти средства могут использоваться для поддержки разнообразных функций управления лесными ресурсами, таких как: разработка долговременной стратегии поставок древесины, пятилетние прогнозы запасов, выбор системы лесозаготовки, расчет строительства дорог с минимальными затратами, проведение визуального ландшафтного анализа с наложением делянок, решение споров относительно границ собственности, установление границ естественных местообитаний, моделирование сценариев распространения лесных пожаров, осуществление тактического планирования по подавлению пожаров и многое другое.

Некоторые из особых свойств ARC/INFO, которые делают это программное обеспечение лидером ГИС в решении задач лесоводческой отрасли, состоят в следующем:

* Мощная и гибкая модель данных

— Интегрированное управление табличными и географическими данными

— Векторная топология (точка, линия и полигон) и растровые модели данных

* Интеграция данных

— Интеграция многих сред (например, растровых и векторных изображений)

— Поддержка стандартных форматов изображений и цифровое отображение

— Взаимосвязь с системами спутниковой привязки (GPS)

— Возможности обмена данными более чем в 30 стандартных форматах

* Автоматическое картирование, составление отчетов и анализ

— Отображение стандартных карт и составление таблиц

— Тематические карты, запросы и виды анализа

* Интеграция баз данных и снабжение стандартами во всей организации

— Прямой доступ к базам данных в среде ГИС

— Поддержка многих стандартных промышленных реляционных баз данных и сетевых функций

— Функции надежной безопасности баз данных

— Возможности управления библиотекой карт

* Комплексный пространственный анализ и возможности запроса

— Перекрытия точка-, линия-, полигон-полигон, связи соседства и близости

— Моделирование по регулярной сетке с применением расширений ARC/INFO

— Анализ линейных сетей. Анализ линейных сетей.

Глава 1. Растровая информация

Исходные данные: планшет № 3, кварталы13,20,27,28

1.1 Получение растровой информации

Растровое изображение — изображение, представляющее собой сетку пикселей или цветных точек (обычно прямоугольную) на компьютерном мониторе, бумаге и других отображающих устройствах и материалах (растр).

Важными характеристиками изображения являются:

Количество пикселей — размер. Может указываться отдельно количество пикселей по ширине и высоте (1024Ч768, 640Ч480, …) или же, редко, общее количество пикселей (часто измеряется в мегапикселях);

Количество используемых цветов или глубина цвета (эти характеристики имеют следующую зависимость:

N = 2k,

где N — количество цветов, а k — глубина цвета);

Цветовое пространство (цветовая модель) RGB, CMYK, XYZ, YCbCr и др.

Разрешение — справочная величина, говорящая об рекомендуемом размере пикселя изображения.

Растровую графику редактируют с помощью растровых графических редакторов. Создается растровая графика фотоаппаратами, сканерами, непосредственно в растровом редакторе, также путем экспорта из векторного редактора или в виде скриншотов.

Достоинства — Растровая графика позволяет создать (воспроизвести) практически любой рисунок, вне зависимости от сложности, в отличие, например, от векторной, где невозможно точно передать эффект перехода от одного цвета к другому без потерь в размере файла.

Распространённость — растровая графика используется сейчас практически везде: от маленьких значков до плакатов.

Высокая скорость обработки сложных изображений, если не нужно масштабирование.

Растровое представление изображения естественно для большинства устройств ввода-вывода графической информации, таких как мониторы (за исключением векторных), матричные и струйные принтеры, цифровые фотоаппараты, сканеры.

Недостатки:

1.Большой размер файлов с простыми изображениями.

2.Невозможность идеального масштабирования.

3.Невозможность вывода на печать на плоттер.

Из-за этих недостатков для хранения простых рисунков рекомендуют вместо даже сжатой растровой графики использовать векторную графику.

Форматы Растровые изображения обычно хранятся в сжатом виде. В зависимости от типа сжатия может быть возможно или невозможно восстановить изображение в точности таким, каким оно было до сжатия. Так же в графическом файле может храниться дополнительная информация: об авторе файла, фотокамере и её настройках, количестве точек на дюйм при печати и др.

Сжатие без потерь Использует алгоритмы сжатия, основанные на уменьшении избыточности информации.

BMP или Windows Bitmap — обычно используется без сжатия, хотя возможно использование алгоритма RLE.

GIF (Graphics Interchange Format) — устаревающий формат, поддерживающий не более 256 цветов одновременно. Всё ещё популярен из-за поддержки анимации, которая отсутствует в чистом PNG, хотя ПО начинает поддерживать APNG.

PCX устаревший формат, позволявший хорошо сжимать простые рисованные изображения (при сжатии группы подряд идущих пикселей одинакового цвета заменяются на запись о количестве таких пикселей и их цвете).

PNG (Portable Network Graphics)

Сжатие с потерями Основано на отбрасывании части информации (как правило наименее воспринимаемой глазом).

JPEG очень широко используемый формат изображений. Сжатие основано на усреднении цвета соседних пикселей и отбрасывании высокочастотных составляющих в пространственном спектре фрагмента изображения. При детальном рассмотрении сильно сжатого изображения заметно размытие резких границ и характерный муар вблизи них.

TIFF поддерживает большой диапазон изменения глубины цвета, разные цветовые пространства, разные настройки сжатия (как с потерями, так и без) и др.

RAW хранит информацию, непосредственно получаемую с матрицы цифрового фотоаппарата или аналогичного устройства без применения к ней каких-либо преобразований, а также хранит настройки фотокамеры. Используется при съёмке в сложных условиях (недостаточная освещённость, невозможность выставить баланс белого и т. п.) для последующей обработки на компьютере (обычно в ручном режиме). Практически все полупрофессиональные и профессиональные цифровые фотоаппараты позволяют сохранять RAW изображения.

1.2 Создание растровой информации

1) Для начала нужно отсканировать карту с кварталами.

1. Открываем программу Adobe Photoshop CS;

2. Вызываем команду Файл/Импорт/APSON;

3. Подгружается интерфейс, в котором нужно определиться с настройками сканера при сканировании. Выбираем Разрешение>Область сканирования;

4. Сначала выбираем режим Просмотр для выбора области сканирования, а затем Сканирование > Принять;

5. Сканируем последовательно всю подоснову;

6. Сохраняем каждый фрагмент в формате *.jpg;

7. Завершаем сканирование;

Так как сканер не рассчитан на форматы больше А4, то необходимо объединить 2 фрагмента карты (сшивка).

2) сшивка

1. Adobe Photoshop CS;

2. Открываем все отсканированные фрагменты;

3. В первом фрагменте, выполняем команду Выбор > Выделить все;

4. Копируем;

5. Создаем новый файл командой Файл > Новый. Выставляем разрешение файла как у отсканированных фрагментовширина 30.00 и высота 45.01 см;

6. В слой «фон» Правка > Вставить, появится Слой1;

7. Выделяем 2 фрагмент, копируем его;

8. Активизируем новый файл: Правка > Вставить — Слой2;

9. Совмещаем слои. Для удобства один из слоев можно сделать полупрозрачным;

10. Также для совмещения слоев нам понадобиться Правка > Свободное трансформирование, для изменения угла поворота (наклона);

11. Сохраняем документ, для этого выполняем команду Файл > Сохранить как > выбираем формат *.psd;

12. Сохраняем в различных форматах: *.tiff; *.bmp; *.jpg

1.3 Геопривязка в ГИС

1) Открываем сшитый файл. (в формате *.jpg в низком качестве);

2) Выполняем Окно > Навигатор. Изображение > Размер изображения. Вносим значения высоты и ширины. (45.01 и 30.00 соответственно.);

3) GIS Arc View 3.2.

А) Add Theme — Прибавляем тему (подгружаем растр);

Б) Затем в поле Data Source Types выбираем Image Data Source;

В) Выбираем файл jpg. > ставим галочку в появившемся окне > Save Project;

Г) Выполняем Геопривязку — World File Creator;

Д) Заполняем поля: N (север) — 45.01, S (юг) — 0, W (запад) — 0, E (восток) -30.00;

Е) Сохраняем;

Глава 2. Векторная информация

Вемкторная грамфика — способ представления объектов и изображений в компьютерной графике, основанный на использовании геометрических примитивов, таких как точки, линии, сплайны и многоугольники. Термин используется в противоположность к растровой графике, которая представляет изображение как матрицу фиксированного размера, состоящую из точек (пикселей) со своими параметрами.

Обзор Для создания изображения векторного формата, отображаемого на растровом устройстве, используются преобразователи, программные или аппаратные (встроенные в видеокарту). Подавляющее большинство современных компьютерных видеодисплеев, в силу принципов используемых для построения изображения, предназначены для отображения информации в растровом формате. Кроме этого, существует узкий класс устройств, ориентированных исключительно на отображение векторных данных. К ним относятся мониторы с векторной развёрткой, графопостроители, а также некоторые типы лазерных проекторов.

Преимущества векторного способа описания графики над растровой графикой Размер, занимаемой описательной частью, не зависит от реальной величины объекта, что позволяет, используя минимальное количество информации, описать сколько угодно большой объект файлом минимального размера.

В связи с тем, что информация об объекте хранится в описательной форме, можно бесконечно увеличить графический примитив, например, дугу окружности, и она останется гладкой. С другой стороны, если кривая представлена в виде ломаной линии, увеличение покажет, что она на самом деле не кривая.

Параметры объектов хранятся и могут быть легко изменены. Также это означает что перемещение, масштабирование, вращение, заполнение и т. д. не ухудшает качества рисунка. Более того, обычно указывают размеры в аппаратно-независимых единицах (англ. device-independent unit), которые ведут к наилучшей возможной растеризации на растровых устройствах.

При увеличении или уменьшении объектов толщина линий может быть задана постоянной величиной, независимо от реального контура.

Фундаментальные недостатки векторной графики Не каждый объект может быть легко изображен в векторном виде — для подобного оригинальному изображению может потребоваться очень большое количество объектов и их сложности, что негативно влияет на количество памяти, занимаемой изображением, и на время для его отображения (отрисовки).

Перевод векторной графики в растр достаточно прост. Но обратного пути, как правило, нет — трассировка растра, при том что требует значительных вычислительных мощностей и времени, не всегда обеспечивает высокое качество векторного рисунка.

Преимущество векторной картинки — масштабируемость — пропадает, когда начинаем иметь дело с особо малыми разрешениями графики (например, иконки 32Ч32 или 16Ч16). Чтобы не было «грязи», картинку под такие разрешения приходится подгонять вручную.

Векторные операции Векторные графические редакторы, типично, позволяют вращать, перемещать, отражать, растягивать, скашивать, выполнять основные аффинные преобразования над объектами, изменять z-order и комбинировать примитивы в более сложные объекты.

Более изощрённые преобразования включают булевы операции на замкнутых фигурах: объединение, дополнение, пересечение и т. д.

Векторная графика идеальна для простых или составных рисунков, которые должны быть аппаратно-независимыми или не нуждаются в фотореализме. К примеру, PostScript и PDF используют модель векторной графики.

Создание векторной информации в ГИС ARC View

1. GIS Arc View 3.2;

2. В главном меню (Extensions) выделяем следующие модули:

· 3D Analyst (трехмерный анализ);

· Graticules and Measured Grids (картографические и измерительные сетки);

· JPEG (JFIF) Image Support (поддержка графического формата JPEG);

· Legend Tool (инструмент редактирования легенды);

· Network Analyst (сетевой анализ);

· Projection Utility Wizard (картографические проекции);

· Spatial Analyst (пространственный анализ);

Чтобы параметры сделать по умолчанию Make default ;

3. Сохраняем проект какMap в свою папку, File > Save Project As;

4. Создаем свою тему View > New Theme;

5. В окне New Theme в поле Feature Type выбираем Poligon;

6. Далее сохраняем тему под именем vuidel. shp;

7. Делаем тему активной;

8. Устанавливаем расстояния неразличимости для соединения объектов: Заходим в Theme > Properties > Editing > в поле Snapping вносим изменения:

· General — Tolerance — 0.01

· Interactive — Tolerance — 0.01

9. На панели инструментов появляется клавиша Snap, содержащая в выпадающем меню две кнопки, выбираем Interactive Merge;

10. Редактируем, изменяем границы и т. д. Theme > Start Editing;

11. С укрупняем участок подложки и при помощи Draw Line обводим линиями первый выдел;

12. Далее по порядку соблюдая очередность выделения, обводим все выдела;

13. Save Project;

14. Создаем новую тему Road. shp и отмечаем все дороги, которые есть;

15. Чтобы настроить линии дважды нажимаем по иконке Road. shp и настраиваем цветчерный, ширину линии -3, и вид самой линии штриховка;

16. Save Project;

17. Создаем новую тему Rive. shp, и на карте отмечаем все реки, которые есть;

18. настраиваем цветсиний, ширину линии -2 и вид самой линии сплошная;

19. Save Project;

20. Создаем новую тему kvartall. shp, настраиваем цветчерный, ширину линии -5 и вид самой линиисплошная;

21. Выделяем один из кварталов, затем используем Привязку, чтобы соединять все последующие кварталы;

22. Save Project;

Создание совмещенной повыдельной базы данных (векторной и растровой информации) с использованием ГИС технологий по заданию

1. Нажимаем Open Theme Table;

2. Добавляем столбцы: для начала редактирования Table Start Editing, добавляем столбцы Edit > Add Field;

3. добавляем поля: Nomerkvartala (№ квартала), Nvudela (№ выдела), S (площадь), Poroda (порода), Age (возраст) TYP (тип условий произрастания), Klassboniteta, Color. Значения для заполнения берем из файла «Кировградский_значения.xls»;

4. Ставим номера кварталов и выделов, для этого выделяем значения кварталов/выделов функцией select all, Theme/Auto-Lable;

5. Оформляем в цвете с помощью вложенного файла «lesoustr.avl», для этого выделяем иконку выдела, в появившемся окне Load.-загружаем этот файл и принимаем изменения;

6. Создание макета с помощью Viev/lagaut;

7. Save Project;

Скриншоты выполненные по ходу работы в Adobe Photoshop CS5 и GIS Arc View 3.2

1. Сшивка 2 фрагментов.

2. Окончательный результат сшивки в фотошопе.

3. Загрузка растра в Arc View 3.2.

4. Обводка границ выделов.

5. Обводка границ кварталов.

6. Работа с тематическими базами данных.

7. Вставка номеров кварталов и их площадей.

8. Создание макета.

Глава 3. Quantum GIS общая характеристика

Quantum GIS (QGIS) — это кроссплатформенная геоинформационная система (ГИС). Поддерживает векторные и растровые форматы, включая пространственные таблицы, хранящиеся в базах PostgreSQL с использованием PostGIS, распространенные векторные ГИС-форматы, такие как Shapefiles и растровые изображения с гео-данными (TIFF, PNG и GEOTIFF). Доступно множество плагинов для динамического расширения функциональных возможностей. Посредством специального плагина обеспечивается возможность просмотра слоев GRASS (GRASS layers), как векторных, так и растровых. При этом слои GRASS можно редактировать в QGIS.

Quantum GIS (QGIS) является ГИС с открытым исходным кодом. Работа над QGIS была начата в мае 2002 года, а в июне того же года—создан проект на площадке SourceForge. В настоящее время QGIS работает на большинстве платформ:

Unix, Windows, и OS X. QGIS разработана с использованием инструментария Qt и языка программирования C++. Это означает, что QGIS легка в использовании, имеет приятный и простой графический интерфейс.

QGIS стремится быть легкой в использовании ГИС, предоставляя общую функциональность. Первоначальная цель заключалась в облегчении просмотра геоданных и QGIS достигла той стадии в своем развитии, когда многие используют ее в своих ежедневных задачах просмотра. QGIS поддерживает множество растровых и векторных форматов данных, а поддержка новых форматов реализуется с помощью модулей.

Основные возможности системы:

Поддержка таблиц PostGIS с пространственными данными;

Поддержка форматов shapefiles (шейпфайлы), покрытий ArcInfo, файлов Mapinfo, и других форматов, доступных через OGR;

Поддержка растров ;

Идентификация объектов ;

Отображение атрибутивных таблиц ;

Возможности выбора объектов ;

Экспорт в map-файл Mapserver.

Просмотр данных Можно просматривать и накладывать друг на друга векторные и растровые данные в различных форматах и проекциях без преобразования во внутренний или общий формат. Поддерживаются следующие основные форматы:

— пространственные таблицы PostGIS, векторные форматы, поддерживаемые установленной библиотекой

OGR, включая shape-файлы ESRI, MapInfo, SDTS (Spatial Data Transfer Standard), GML (Geography Markup Language) и многие другие.

— Форматы растров и графики, поддерживаемые библиотекой GDAL (Geospatial Data Abstraction Library),

такие, как GeoTIFF, Erdas IMG, ArcInfo ASCII Grid, JPEG, PNG и многие другие.

— базы данных SpatiaLite

— растровый и векторный форматы GRASS (область/набор данных),

Исследование данных и компоновка карт С помощью удобного графического интерфейса можно создавать карты и исследовать пространственные данные. Графический интерфейс включает в себя множество полезных инструментов, например:

— перепроецирование «на лету»

— компоновщик карт

— панель обзора

— пространственные закладки

— определение/выборка объектов

— редактирование/просмотр/поиск атрибутов

— подписывание объектов

— изменение символики векторных и растровых слоев

— добавление слоя координатной сетки—теперь средствами расширения fTools

— добавление к макету карты стрелки на север, линейки масштаба и знака авторского права

— сохранение и загрузка проектов Управление данными: создание, редактирование и экспорт В QGIS можно создавать и редактировать векторные данные, а также экспортировать их в разные форматы.

Анализ данных Вы можете анализировать векторные пространственные данные в PostgreSQL/PostGIS и других форматах, поддерживаемых OGR, используя модуль fTools, написанный на языке программирования Python. В настоящее время QGIS предоставляет возможность использовать инструменты анализа, выборки, геопроцессинга, управления геометрией и базами данных. Также можно использовать интегрированные инструменты GRASS, которые включают в себя функциональность более чем 400 модулей GRASS.

1. http://ru.wikipedia.org

2. Лекционный материал.